《杨在清》第14章DNA的复制、修复与重组

1、第14章 DNA的复制、修复与重组一、学大纲基本要求DNA的复制过程、损伤与修复、DNA重组类型。DNA的复制过程中的半保留复制，复制起点和复制方式，DNA聚合反应有关的酶，DNA的半不连续复制，DNAM制的拓扑性质，DNAM制体的结构，大肠杆菌DNA 复制的过程，真核生物 DNA的复制，DNA复制的调控。DNA的损伤及修复，错配修复，光复活，切除修复， 重组修复，应急反应及易错修复。DNA的重组，同源重组，特异位点重组和转座重组。、本章知识要点(一) DNA的复制1、DNA的半保留复制(semiconservative replication )复制时DNA的两条链分开，分别作为模板合成新的

2、互补链而形成两个DNA分子。子代DNA分子的一条链来自亲代DNA另一条则是新合成的。2、DNAM制的起点和方式基因组能独立进行复制的单位称为复制子。每个复制子都含有复制起点和终点。在复制的部位形成叉形结构，称为复制叉。复制方向大多数是定点双向，起点一个或多个(原核生物1个起点，真核生物多个起点)。DNA复制的方式有：单起点双方向，多起点双方向，环状DNA)型双方向，环状 DNA0型单方向，滚动环式(噬菌体 $ X174DNA和D-环式(线粒体 DNA是单向复制的特殊方式。3、DNA聚合反应有关的酶(1)DNA聚合反应n idATP+n 2dGTP+n 3dCTP+n 4dTTPDNA聚合酶2+

3、DNA模板，RNA引物，Mg厂 dAMfIdGMPIdCMPIdTMP+ ( ni+ n2+ n3+ n4)PPi(2)引物酶：合成 RNA引物，弓I物酶与有关蛋白质形成引发体(2)DNA聚 合酶大肠杆菌DNA聚合酶有五种:DNA聚合酶IDNA聚合酶nDNA聚合酶川5/宀3/聚合作用+ +3/宀5/外切酶+ +5/宀3/外切酶+ -+主要功能DNA的损伤修复DNA的损伤修复DNA复制酶RNA引物切除并聚合DNA聚合酶和V涉及 DNA的错误倾向修复。当 DNA受到较严重损伤时，可诱导产生这两个酶, 它们能在损伤部位继续复制而造成错误倾向的复制。哺乳动物DNA聚合酶有五种:DNA聚合酶a (I)N

4、A聚合酶3 (W)DNA聚合酶 DN丫 (MIA聚合酶5(川)DNA聚合酶& (n)细胞定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核5t 3聚合作用+ + +3t 5 外切酶- -+ +5t 3 外切酶- - -功能引物合成修复线粒体DNA合成核 DNA合成修复(4) DNA连接酶：催化双链 DNA切口处形成磷酸二酯键，大肠杆菌的DNA连接酶以NAD +提供能量，动物细胞和噬菌体的连接酶以ATP提供能量(5) 拓扑异构酶H:引入负超螺旋，使DNA解旋(6) 解螺旋酶：使 DNA双链中的氢键断开(7) 单链结合蛋白(SSB：稳定DNA解开的单链4、 DNA的半不连续复制(semidiscontinuous

5、 replication)在体内，DNA的两条链都能作为模板，合成出两条新的互补链。由于DNA分子的两条链是反向平行的，而DNA聚合酶的合成方向是3 /,所以DNA复制时，一条新生链连续合成，另一条新生链沿5/宀3/不连续合成，这种方式称半不连续复制。以复制叉向前移动的方向为标准，一条模板链是5 /走向，其子代链沿3 /连续合成，称为前导链(leading strand );另一条模板链是 5 3 /走向，其子代链沿 53 /不连续合成，称为 滞后链(lagging strand )。DNA复制过程中形成的 DNA片段称冈崎片段(Okazaki fragment )。5、DNA复制的拓扑性质拓

6、扑异构酶控制着 DNA的拓扑结构(DNA分子结构的空间关系)。拓扑异构酶分为两类：拓扑异构 酶I能使DNA的一条链发生断裂和再连接，反应无需供能，主要集中在转录活性区，同转录有关；酶n能 使DNA的两条链同时发生断裂和在连接，反应需ATP供能，分布在染色质骨架蛋白和核基质部位，同复制有关。原核生物拓扑异构酶n可引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力，促进双链的解开；拓 扑异构酶I可减少负超螺旋。6、DNA复制体的结构细菌和真核生物复制体的组成组成细菌真核生物复制酶DNA聚合酶川全酶DNA聚合酶a /DNA聚合酶5进行性因子3夹子(3亚基)PCNA(增殖细胞核抗原)定位因子丫复合物(丫 2

7、 55 X“)RF-C引物合成酶Dn aGDNA聚合酶a去除引物RNaseH 和 DNA聚合酶 IRnaseHI和 MF-1(5 t 3 外切酶)滞后链修复DNA聚合酶I和DNA!接酶DNA聚合酶和Dna!接酶I解螺旋酶Dn aB(疋位需要Dn aCT抗原消除拓扑张力旋转酶拓扑异构酶n单链结合SSBRP-A7、DNA复制的过程大肠杆菌DNA复制的过程：(1) 复制的起始：Dna A识别起点序列，在起点特异位置解开双链宀Dna B (解螺旋酶)、Dna C、DNA旋转酶和 SSB配合作用使双链解开 t Dna G (引物合成酶)合成 RNA引物(2) 复制的延伸：先导链的延伸：沿 5t3 方向连

8、续合成滞后链的延伸：冈崎片段的合成tDNA聚合酶I切除引物并聚合填补t DNA片段的延伸（3）复制的终止细菌环状染色体的两个复制叉向前推移，最后在终止区（ter位点）相遇并停止复制8、真核生物DNA的复制真核细胞与原核细胞 DNA复制的不同细胞真核细胞原核细胞复制子1000个以上1个DNA聚合酶a、3 （均不具外切酶活性）丫、S （具3xt 5 /外切酶活性）、i、n、m（具外切酶活性）速度较慢(1 000-3 000bp/mi n)较快(50 000bp/min)真核生物线性染色体的两个末端具有特殊的结构 端粒，端粒的功能：稳定染色体末端结构，防 止染色体间末端连接，补偿滞后链5/末端在消除

9、RNA引物后造成的空缺。端粒是由端粒酶合成的。9、DNA复制的调控DNA复制的调节发生在起始阶段。Dam甲基化酶在大肠杆菌 DNA复制起始的调节控制中起关键性作用。真核生物DNA的复制受复制许可因子的控制。（二）DNA的损伤修复造成DNA损伤的原因可能是物理因素：如紫外线、电离辐射等，化学因素：如碱基类似物（5-溴尿嘧啶）、碱基修饰剂（亚硝酸、羟胺、烷化剂）、嵌入染料（吖啶橙、原黄素、嗅化乙锭）。损伤的结果是突变或死亡。突变的表现：碱基对置换、插入碱基和碱基缺失。DNA的修复有以下修复系统：1、错配修复DNA在复制过程中发生错配，错配修复系统能够识别错配位点以及“新”“旧”链，将错配新链切除并

10、加以修复。2、光复活光复活是直接修复的一种形式。可见光（最有效波长为400nm左右）可激活光复活酶，它能分解紫外线引起的嘧啶二聚体。高等哺乳类中没有光复活酶。3、切除修复（暗修复，复制前修复）切除修复包括碱基切除修复和核苷酸切除修复，是一系列酶促反应碱基缺陷或错配T切掉（N-糖苷酶）T切除（AP核酸内切酶）结构缺陷 t 切开（核酸内切酶）t切除（核酸外切酶）t修复（DNA聚合酶I）t连接（DNA连接酶）4、重组修复（复制后修复）复制时跳过损伤部位t遗传信息有缺损的子代DNA通过遗传重组而加以弥补t DNA聚合酶I和 DNA连接酶聚合连接母链的空缺在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。5、应

11、急反应（SOS和易错修复应急反应是由Rec A和lex A相互作用引起的，包括诱导 DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑 制以及溶原性细菌释放噬菌体等。SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（切除修复和重组修复）和易错修复。SOS诱导产生DNA聚合酶和V,它们不具备 3 xt 5 /核酸外切酶校正功能，能在损伤部位 继续复制而导致错误倾向的复制。引起SOS勺作用剂通常具有致癌作用。（三）DNA的重组1、同源重组同源重组是最基本的重组方式，它通过链的断裂和再连接，在两DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。（ 1）Holliday 模型Holliday 模型可以较好说明同源重组过程。

12、其基本过程是在两同源DNA分子间对应部位单链断裂、交换连接、分支移动及切开修复。实际上同源重组是由一个DNA分子的两条链断裂启动的，它们分别与另一 DNA同源区配对，再发生链的交换连接。（2）细菌的基因转移与重组 细菌可以通过接合、转化、转导和细胞融合四种方式发生基因转移。接合作用是指细菌的细胞相互 接触时遗传信息由一个细胞转移到另一个细胞的作用。接合作用有关蛋白质由接合质粒上各转移基因编码。DNA的一条链发生转移，随后再合成互补链。DNA的转化是指细菌品系吸收了外源DNA（转化因子）而发生遗传性状改变的现象，由多个基因编码的蛋白质参与作用，一条链或双链发生转移。转导是通过噬菌 体将细菌基因从

13、供体转移到受体细胞的过程，分为普遍性转导和局限性转导。在某些因素的作用下细菌细 胞可以发生融合。外源基因经过上述过程进入宿主细胞后，即可与宿主基因发生同源重组。（ 3）重组有关的酶细菌参与DNA同源重组的酶至少有数十种，许多酶和辅助因子与DNA复制和修复是共用的。最关键的是Rec A蛋白，它能诱发 SOS反应和促进 DNA单链同化。Rec BCD酶是产生参与重组的 DNA单链的主要 途径。 Ruv B 是一种解螺旋酶，在 Ruv A 的帮助下推动分支移动，促进异源双链的形成。 Ruv C 可切开同 源重组的中间体。2、特异位点重组特异位点重组发生在特定位点内，并有特异的酶参与。如果重组位点反向

14、存在于同一DNA分子内，重组产生倒位；重组位点正向存在于同一DNA分子内，重组发生切除；存在于不同分子内， 重组发生整合。入噬菌体DNA的整合和切除是一种特异位点重组。噬菌体的重组位点att P与大肠杆菌的重组位点att B之间有15 bp核心序列相同。在整合酶（Int ）、整合宿主因子（IHF）作用下发生整合；切除还需 Xis蛋白参与作用。沙门氏杆菌鞭毛相变由基因组H片段倒位所决定。H片段的重组位点hix为14 bp的反向重复序列，倒位酶Hin在辅助因子Fis帮助下使H片段发生倒位。免疫球蛋白基因在淋巴细胞发育过程发生两次特异位点重组。3、转座重组（ 1 ）细菌的转座因子转座子是一段可以发生

15、转座的DNA片段。细菌的转座因子包括插入序列（IS ）、组合型和复合型转座子。转座因子含有编码转座酶的基因，两端为反向重复，两侧为正向重复。插入序列不含标记基因，只 能根据其对靶位点基因插入失活或检测序列来判断它的存在。组合型转座子由两个插入序列中间夹一个标 记基因所组成。复合型转座子不含插入序列但有转座酶基因、解离酶基因和标记基因。转座过程可分为非 复制转座和复制转座，借助转座酶将转座子两末端切开单链，并将靶位点交错切开单链，使二者连接。转 座因子具有不稳定诱变效应。转座可引起靶位点基因失活，并具极性效应。转座因子插入靶位点还可影响 邻近基因的表达。转座因子通过重组造成基因组断裂、重复、删除

16、、倒位及易位等一系列重排。（ 2）真核生物的转座因子 真核生物转座子家族通常只保留少部分成员具有转座酶基因活性，多数有不同程度的删除，因此同 一家族可分为自主因子和非自主因子两类。玉米的转座因子主要有三个系统：激活-解离系统（ As-Ds）、抑制-促进-增变系统（Spm-dSpn）和斑点系统（dotted ）。三、重点、难点重点：DNA的复制过程中的半保留复制，复制起点和复制方式，DNA聚合反应有关的酶， DNA的半不连续复制，DNA复制的拓扑性质，DNA复制体的结构，大肠杆菌DNA复制的过程，真核生物 DNA的复制，DNA复制的调控。DNA的错配修复、光复活、切除修复、重组修复、应急反应及易

17、错修复。DNA的同源重组， 特异位点重组和转座重组。难点：DNAM制的特点、参与因子、复制过程、转座重组四、典型例题解析例题14-1: 一个线性双链 DNA分子经过连续5代复制后，试回答：(1) 亲代DNA占总DNA的比例是多少？(2) 亲代DNA分子怎样在后代分子中分配 ？解：(1)每一代DNA的量都加倍。连续 5代后DNA将是原始DNA的32倍(25)。因此，亲代DNA占总DNA 的 3.125%( 1/32 )。(2)后代由32个分子组成。亲代DNA分子的两条单链仍保持完整。每一条分别为两个后代双链 DNA分子中的一条单链。例题14-2 :关于E. COli的DNA聚合酶I,试回答：(1

18、 )其5 /外切核酸酶的作用是什么？(2 )在E. COli的整个复制过程中，其3/外切核酸酶活性的功能是什么？解：(1 )它具有校正作用。不正确的碱基(以核苷酸的形式)能以任意的低频率插入生长的DNA链中。这是四个碱基稀有的拓扑异构形式存在的结果，如果一个新来的核苷酸插入链的瞬间，模板中的碱基变为 其拓扑异构形式，就将导致碱基配对的错误。当模板核苷酸又转变为它的主要形式，就产生碱基对错配的 结果。3 15 /外切核酸酶能够识别错配碱基对并在链延伸之前催化错误核苷酸从链的末端水解除去。(2)后随链在复制叉以不连续DNA合成方式而装配新 DNA链的过程中，聚合酶I起到重要作用。DNA聚合酶川负责

19、每一个新生 DNA片段的大量合成。 通过DNA聚合酶川而生长的链中， 当5/RNA引物与邻 近的DNA片段相遇时，聚合酶I就接替 DNA聚合酶川发挥作用，它可通过RNA引物区域继续 DNA链的延伸。 这种情况下，通过 DNA聚合酶I的5 /宀3 /外切核酸酶活性将 RNA片段切除。例题14-3 : DNA复制的起始需要一小段 RNA作引物，E.coli RNA聚合酶受利福平的抑制。(1)把利福平加到正在进行对数生长的E.coli群体中，对DNA复制会产生什么影响？如果将E.coli在缺乏某种生长必需氨基酸的培养基中饥饿两小时，然后再加入这种必需氨基酸和利福平，对DNA复制会产生什么影响？解：(

20、分析)E.coli DNA复制的起始需 RNA聚合酶催化合成一小段 RNA作为引物，利福平对 RNA聚合酶 具有抑制作用而对 DNA聚合酶无效，即复制启动后，利福平的抑制无效。大量特殊蛋白质和酶直接参与 复制的起始，但并不参与DNA链的延长。(1) 已经开始合成的所有 DNA分子，将会继续完成其复制过程；没有起始合成的DNA，不再开始复制过程。(2) 由于氨基酸饥饿，所有正在进行复制的DNA分子完成复制，但不能开始下一轮复制。以后加入必需氨基酸和利福平，所有的DNA分子也不会重新开始复制过程。例题14-4 :什么是拓扑异构酶？它们怎样参与了 DNA勺复制过程？解：拓扑异构酶催化 DNA拓扑形式

21、的转变。它有两种类型：I型仅切断双链DNA中的一条链，而H型两条链均可切断。细菌来源的DNA旋转酶(gyrase )即为n型拓扑异构酶，它参与了DNA的复制过程。它能以两种方式之一帮助在复制叉上的DNA进行解旋：引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力；或在复制叉的前面去除正超螺旋。例题14-5 :在细菌中，RNA聚合酶和引发酶在 DNAM制过程中的作用的区别是什么？解：这两个酶均合成 RNA引物。区别如下：RNA聚合酶引发酶受利福平抑制不受利福平抑制合成的RNA分子与DNA模板分离DNA合成的非典型的 mRNA分子与 模板以氢键连接不分离可以使双链DNA解链为单链 状态完成DNAM制的转

22、录激活只能利用单链状态的 DNA为 模板合成1-12Nt的RNA引物复制的起始需RNA聚合酶后随链新生片段的起始需引发酶例题14-5 :真核生物染色体末端有什么特殊结构？它们是怎样复制的？解：真核生物染色体末端是一种特殊的结构一端粒，它是TTGGGGT2G )序列的高度重复。由于复制叉后随链的不连续复制涉及 RNA引物的形成和去除，因此不可能正确复制线性双链DNA的末端。但末端高度重复的六聚体序列和端粒酶的存在解决了这一问题。端粒酶含有一个RNA分子，它能为富含 G的DNA链的5J 3 /延伸提供模板。当3/端延伸完成时，3/单链末端回折作为引物，后随链被DNA聚合酶复制完成。如图所示：5/

23、GGGGTTGGGGTTGGGGTTG 3AACCCC端粒酶结合5 / GGGGTTGGGGTTGGGGTTG 3AACCCCACCCCAAC5 / 端粒酶 RNA DNA延伸端粒酶移动5 / GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG 3 AACCCCACCCCAAC5 / 端粒酶 RNA3/单链末端回折作为引物 后随链复制讣5 / GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG 3AACCCC CCCAACCCCAACCCDNA聚合酶一条真核生物染色体通过端粒酶进行的末端复制例题14-6 : (1)为什么2, 3 / -ddCTP能抑制DNA聚合酶I的作

24、用？(2) 2, 3 / -ddCTP能抑制DNA聚合酶I催化的 d(AT) n的复制吗？解：(1) DNA聚合酶I催化 2, 3 -ddCTP的单磷酸添加到生长链的 3-羟基末端，并与模板 DNA链的鸟嘌呤配对。生长链因此缺乏3-羟基末端而阻止核苷酸单位的进一步添加。(2) d(AT) n是在双螺旋结构的每一条单链含有交替的A和T的多聚脱氧核苷酸。2, 3 -ddCTP对DNA聚合酶I催化的这样的链没有影响，因为模板链上没有G残基与之相对，所以这个链末端抑制剂无法与G配对。例题14-7 : (1) DNA复制起始过程如何受 DNA甲基化状态的影响？(2) 为什么DNA的甲基化状态可以为复制的

25、调节和DNA的修复所利用？解：(1)亲本DNA通常发生种属特异的甲基化。复制之后，两个模板 -复制体是半甲基化的。因为半甲基化DNA寸膜结合受体比对 Dna A有更高的亲和力，半甲基化DNA不能复制，从而防止了成熟前复制。(2)复制的DNA是半甲基化的，由 DNA聚合酶I修复合成的 DNA同样具有这一特点，在特定位 点没有出现甲基化，就可以将亲本链与复制链区分开来。从这种角度上说，DNA的甲基化对于维持种属基因型是至关重要的。例题14-8 :为什么丫啶类染料诱导的突变较基因类似物诱导的突变对生物体更有害？解：丫啶类引起的突变主要是产生无义密码子，使翻译提前终止。碱基类似物诱导碱基取代式的突变，

26、很 多是同义突变，或是对生物体影响不大的错义突变。例题14-9 :简述保证遗传稳定的机制。解：(1) DNA双螺旋结构及碱基配对原则(2)复制过程中的错配修复机制A、 错配修复系统：由错配校正酶识别新生链中非mA的GATC序列，扫描新生链中错配碱基，酶切 含错配碱基的新生 DNA区段，再由DNA聚合酶、连接酶将新生链聚合并连接B、 尿嘧啶-N-糖苷酶系统：由尿嘧啶-N-糖苷酶识别U并切下尿嘧啶，内切酶切下一段含U的 区段，再由DNA聚合酶、连接酶将新生链聚合并连接（3）DNA勺损伤修复A、 光复活：可见光（最有效波长为400nm左右）激活了光复活酶，它能分解由于紫外线照射而 形成的嘧啶二聚体B

27、、 切除修复（暗修复）：由特异的核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近将核酸单链切开，再由核酸外切酶将损伤链切除，然后由DNA聚合酶进行修复合成，最后由DNA连接酶进行连接C、重组修复（复制后修复）：子代链合成时跳过损伤部位，在损伤相对应处留下缺口。这种遗传信息有缺损的子代 DNA分子可通过遗传重组而加以弥补。在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去D、SOS反应：SOS反应包括诱导出现的 DNA损伤修复效应、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶 原性细菌释放噬菌体等（4 ）基因的回复突变：突变型重新获得野生型表型的回复过程（5 ）密码子的简并性（6 ）致死突变(A)AB x-.CADCD _B(B

28、)1. ABJ2. ABDCCD3. AB CD4.A B D C双螺旋，同源重组的靶位点用箭头标出。5.6.ADDNADNA例题14-10 :以图16.1A为例，画出图16.1B所示分子同源区域交叉重组的产物，图中用一条单线表示图16.1各种重组的底物解：1.ABxA DC B4.5.A D B CA DC B6.AXC匸Holliday连接及画出经过一轮 DNA复制后的重组产物。图 16.2亲代与重组的双螺旋中间体5353产物分离产物分离3 !圭寸闭缺口，复制圭寸闭缺口，复制例题14-11 :如图所示为两条同源的亲代双螺旋和两套可能的重组产物。请画图表示两亲代双螺旋间可以 产生指定重组产物

29、的例题14-12 : Neuraspora A type 与a type杂交，形成的八核子囊孢子出现了A:a=5:3 , 3:5 , 2:6 , 6:2 ,4:4的多种分离类型。解：这种异常分离现象是由基因转换引起的。基因转换是指通过对异源双链区不配对碱基的修复而进行的基因矫正过程。修复发生在减数分裂与有丝分裂之间。减数分裂后的DNAA子囊孢子无重组有丝分裂:a=4:4有重组，无修复有丝分笃aF4:4一条异源双链被修复A:a=53两条异 源双链 向同一 方向修复*A:a=6:2A:a=2:6基因转换并不依赖于交互重组的发生。大量的试验结果表明，子囊菌中大约一半的发生了基因转换的子囊同时伴随着两

30、侧基因的重组。例题14-13 :简述遗传重组的类型及基本特征。解：（1）同源重组A、涉及同源染色体的同源序列间的联会配对B涉及DNA 分子在特定的交换位点发生断裂和错接的生化过程C单链DNA分子或单链DNA末端是交换发生的重要信号D需要重组酶：RecA, RecBCD（2）位点特异性重组A、需要整合酶，不需 RecA蛋白B是一种保守重组（3）转座重组RecA蛋白)A、不依赖供体位点与靶位点间序列的同源性（非同源重组过程，不依赖B转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）C某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他性（免疫性）D转座后，靶序列在转座因子两侧会形成正向重复E、转座因子的切除

31、与转座将会产生复杂的遗传学效应F、转座需转座酶 例题14-14 :简述大肠杆菌的插入序列，并指出它们对自发突变的重要性。解：插入序列（IS）是可以转座的遗传元件，它们只插入自我复制的DNA中,如细菌和噬菌体的染色体及质粒。大肠杆菌中有几种不同的IS元件，长度都是0.7-1.5kb。每种都有特定核苷酸序列，有的编码转座酶，负责启动特定IS的转座。每个IS的两端都有一对短的反向重复，长约9-41bp，转座酶似乎就是通过识别这些反向重复序列起始转座。特异的转座酶和反向重复序列对转座非常重要。转座的另一个性质 是每个IS的两端都与宿主 DNA的短正向重复序列（3-13bp ）相连；这是宿主 DNA上的

32、靶位点，在转座过 程中该位点被复制。转座时，IS向基因组中新的位置随机地移动。通常，它插入一个结构基因产生突变表型，有时是因为编码序列受到阻断，有时则因为IS元件含有多种转录或翻译的终止信号。另外， IS可插入操纵子的操纵基因-启动子区域，导致整个操纵子被关闭，但偶尔操纵子的表达式也会变为组成型。当IS含有一个正确定向的启动子时，可以转录细菌操纵子。因为这个启动子不受调节细菌操纵子的正常调控蛋白调控， 产生的效果类似于操纵基因组成型突变。所以IS元件的转座是自发突变的一个重要来源。必须意识到这些突变不能被碱基类似物或移码突变诱变剂诱导和回复。3-13bp宿主DNA（靶位点）的同向重复9-41I

33、S序列的反向重复末端E.coli DNAE.coli DNA 0.7-1.5kbIS元件图16.3 大肠杆菌IS元件例题14-15 :分析细菌转座子的结构与特点。解：Tn5(5.7 kb)方向相反的IS元件LJkan，基因IS元件末端的反向重复序列宿主靶位点同向重复序列图16.4 转座子Tn5结构图1974年，随着发现与抗生素抗性有关的基因可以在质粒与细菌的染色体之间转移，科学家发现了转座子。转座子比IS元件大得多（一般为 2-20kb），它们至少含有一个基因，给宿主带来可遗传的标记，一般 是对一种或多种抗生素的抗性。这是非常有用的性质，因为每种质粒可以用一种转座子“标记”，这样通过对药物的抗

34、性表型可以简单地检测质粒的存在和转移；同样，可以轻易地观察到转座。转座子Tn5长5.7kb，是一种结构最简单的转座子，它由三个组分组成：一个长中心区，含有卡 那霉素的抗性基因，两端为一对IS元件，每个长1.5 kb，方向相反。转座子的转座类似IS元件，转座过程中宿主的一个序列或 DNA靶位点被复制。发生转座首先是因为任意一个 IS序列或两个IS序列同时起作用，编码一个转座酶。其次，转 座子两端通常有一对与 IS特异的反向重复序列：无论 IS元件是正向的还是反向的，这些末端重复序列都 存在。还有一种可能性：任一对 IS元件可以相互作用使它们之间的任意序列转座，这样任一个基因都 可以在两端连上两个

35、同样的IS元件成为转座子；这个性质已被用于构建重组DNA分子。其它转座子，如复合型转座子的结构是不同的，它们两端不是一对IS而是一对反向重复，编码转座所需蛋白的基因位于转座子的中心区。五、单元自测题（一）名词解释、前导链与滞后链4、切除修复8、特异位点重组12、半不连续复制、重组修复、转座因子1 、复制 2、半保留复制35、冈崎片段 6 、光复活 79、DNA突变 10、同源重组 11（二）填空题1、 DNA复制时，前导链的合成是 的，复制方向与复制叉移动的方向 ，后随链的合成是 ，复制方向与复制叉移动的方向 。2、 在真核细胞的 DNA切除修复过程中，受损伤的碱基可由 和切除，并由和共同作用

36、将缺失的碱基补上。3、在线粒体中的环状基因组是通过合成方式复制。滚筒式复制的特点是由。4、DNA 复制和 RNA 的合成都需要酶，在 DNA 复制中该酶的作用。5、 DNA聚合酶I是一个多功能酶，其主要的功能是 , 和作用。6、 DNA聚合酶川的 活性使之具有 功能，极大地提高了 DNAM制的保真度。7、染色体中参与复制的活性区呈 Y型结构，称为 &在DNAM制和修复过程中修补 DNA螺旋上缺口的酶称为 。9、如果DNA聚合酶出现错误，会产生一对错配碱基，这种错误可以被一个通过甲基化作用来区别新链和旧链的特别系统进行校正。10、 可被看成一种可形成暂时单链缺口(I型)或暂时双链缺口(n型)的可

37、 逆核酸酶。11、 在大肠杆菌中发现了 种DNA聚合酶。DNA修复时需要 DNA聚合酶。12、 在 DNA修复过程中，需要第二种酶， ，作用是将 DNA中相邻的碱基起来。DNA 聚合酶具有外切核酸酶的活性。有两种外切核酸酶活性，它们分别从和降解DNA DNA聚合酶只有外切核酸酶活性。途径可以切去任何造成 DNA双螺旋大片段改变的 DNA损伤。中，基因交换发生在同源 DNA序列间，最常见是发生在同一染色体的两个拷贝14 间。15 个13、_、在、在交换区域，一个 DNA分子的一条链与另一个 DNA分子的一条链相互配对，在两个螺旋间形成一O16、大肠杆菌的染色体配对需要17、一般性重组的主要中间体

38、是18、位点特异性重组发生在两条需要蛋白质的参与。19、入噬菌体DNA通过其_实现整合过程。20、 转座作用既不依靠转座成分和插入区段序列的 ，又不需要 。21、利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中的一个地方转移到另一地方的遗传元件叫。22、由于转座作用总是伴随着转座成分的复制，故又称为;它与单链DNA结合并使同源双链 DNA与之配对。 ，也用它的发现者命名为DNA的特异位点上，它又常叫做 位点和大肠杆菌 DNA的O。位点特异性重组不位点之间的位点特异性重组而(三)单项选择1、在DNA复制过程中需要(1)DNA聚合酶川；(2)解链蛋白；DNA聚合酶RNA聚合酶；DNA连接酶。这些酶作用

39、的正确顺序是：()A 2-4-1-3-5C 2-3-4-1-52、 X174感染寄主后：A 先形成双链环状I ； (4)以DNA为模板的DNA，B 直接用原来的单链环状C先形成双链环状DNA ,D 直接用原来的单链环状B 4-3-1-2-5D 4-2-1-3-5然后再以滚筒式进行复制。DNA为模板以滚筒式进行复制。 然后再以定点双向的方式进行复制。DNA，以滚筒式进行复制。3、在E.coli细胞中DNA聚合酶I的作用主要是：A DNA复制B E.coli DNA合成的起始C切除RNA引物D 岗崎片段的连接4、5溴尿嘧啶是经常使用的诱变剂，它的作用是：在DNA复制时，可引入额外的碱基。取代胸腺嘧

40、啶到新合成的DNA分子中，在新链 DNA复制时产生错配碱基使腺嘌吟、鸟嘌呤和胞嘧啶脱氨。掺人RNA导致密码子错位。5、 小白鼠的基因组比E.coli的基因组长 600多倍，但是复制所需要的时间仅长 ()疋：10倍， 因为:A 染色质蛋白加速小白鼠 DNA 的复制。B 在细胞中小白鼠基因组不全部复制。C 小白鼠 DNA 聚合酶合成新链的速度比 E.coliDNA 聚合酶快 60 倍。D 小白鼠基因组含有多个复制起点， E.coli 的基因组只含有一个复制起点6、细菌 DNA 复制过程中不需要： （ ）A 一小段 RNA 作引物B DNA 片段作模板C 脱氧三磷酸核苷酸D 限制性内切酶的活性7、D

41、NA 复制的精确性远高于 RNA 的转录，这是因为： （ ）A 新合成的 DNA 链与模板链形成了双螺旋结构，而 RNA 则不能B DNA聚合酶有3 J 5 /的外切酶活力，而 RNA聚合酶无相应活力C 脱氧核糖核苷酸之间的氢键配对精确性高于脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸间的配对D DNA聚合酶有5 J 3 /的外切酶活力，而 RNA聚合酶无相应活力&大肠杆菌DNA聚合酶I经枯草杆菌蛋白酶处理得到两个片段，大片段叫作Klenow片段，失去了（）A 聚合酶活性B3/外切酶活性9、端粒酶是一种C 3 /宀5/外切酶活性（）A 限制性内切酶 B 反转录酶10、大肠杆菌中主要行使复制功能的酶是A DNA聚

42、合酶I B DNA聚合酶H11、既有内切酶活力，又有连接酶活力是A大肠杆菌聚合酶H B连接酶12、需要以 RNA 为引物的是A 复制 B 转录 C 翻译13、复制过程中不需要的成分是A 引物 B dUTP C dATPCRNA 聚合酶D 肽酰转移酶（）CDNA聚合酶川D Klenow 酶（）C拓扑异构酶D DNA 连接酶（）DRNA 复制（）DdCTP14、在原核生物复制子中以下哪种酶除去 RNA 引物并加入脱氧核糖核苷酸？A DNA聚合酶川B DNA聚合酶HC DNA聚合酶ID DNA 连接酶15、一种突变细菌从群落形态学（即表型）不能与其野生型相区别，这一突变可能是：A 一个点突变BC 密

43、码子第三个碱基的替换D16、一个转座子的准确切除：A 切除转座子和两个靶序列BC 比不准确切除更经常发生17、RecA蛋白质在遗传重组中的主要作用是：一个无义突变或错义突变A和C恢复靶DNA到它插入前的序列（）（）A 促进DNA分子的同源联会和 DNA分子之间的单链交换B将单链从双螺旋DNA分子上解离C 具有位点专一的单链切割的活性D 促进单链DNA区域的形成四）多项选择1、DNA聚合酶I具有（）A 53外切酶活性B 5t 3聚合酶活性C 3 t 5外切酶活性D 3t 5 聚合酶活性2、需要DNA连接酶参与的反应是（）A DNA 复制B DNA损伤修复C DNA 的体外重组 D RNA 的转录

44、()()3、下列关于冈崎片段的叙述正确的是A 在原核细胞中冈崎片段含有 1000-2000 个核苷酸B 冈崎片段只是在随后链合成时才出现C冈崎片段是在 RNA引物上合成的D冈崎片段的合成沿着模板链的53方向进行4、DNA复制的特点是A 半保留复制 B 一般是定点开始，双向等速进行C半不连续复制 D新链的延长方向是 5 t35 、下列特征是所有(原核生物、真核生物和病毒)复制起始位点都共有的是：A起始位点是包括多个短重复序列的独特DNA片段B 起始位点是形成稳定二级结构的回文序列C多聚体DNA结合蛋白专一性识别这些短的重复序列D起始位点旁侧序列是 A-T丰富的，能使DNA螺旋解开6 、滚环复制：

45、A是细菌DNA的主要复制方式B 可以使复制子大量扩增C 产生的复制子总是双链环状拷贝D 是噬菌体 DNA 在细菌中最通常的一种复制方式7、DNA 的复制：A 包括一个双螺旋中两条子链的合成B 遵循新的子链与其亲本链相配对的原则C 依赖于物种特异的遗传密码D 是碱基错配最主要的来源8、关于DNA的修复，下列描述中，哪些是不正确的？A UV 照射可以引起嘧啶碱基的交联B DNA 聚合酶川可以修复单链的断裂C 双链的断裂可以被 DNA聚合酶n修复D DNA 的修复过程中需要 DNA 连接酶9、RecA蛋白与重组有关的活性有：A单链DNA结合活性B双链DNA结合活性C NTP 酶活性D 促进互补单链复

46、性的能力10、RecBCD!白质是一种多功能的酶，具有：A依赖于ATP的单链和双链外切酶的性质B 螺旋酶活性C 序列特异性的单链内切酶活性D 聚合酶活性11、 IS 元件：A 全是相同的B具有转座酶基因C 是旁侧重复序列D引起宿主DNA整合复制12、组成转座子的旁侧IS 元件可以：A 同向B反向13C 两个都有功能、复制转座：D两个都没有功能A 复制转座子，即在原位点上留有一个拷贝B 移动元件到一个新的位点，在原位点上不留元件C 要求有转座酶D 要求解离酶（拆分酶）14 、非复制转座： （ ）A 复制转座子，即在原位点上留有一个拷贝B 移动元件到一个新的位点，在原位点上不留元件C 要求有转座酶

47、D 要求解离酶15 、玉米转座因子： （ ）A 在结构和功能上与细菌转座子是相似的B 可能引起染色体结构的许多变化C 可能引起单个玉米颗粒的表型发生许多变化D 在植物发育期间的不同时间都有活性16、DS 元件：（）A 是自主转座元件B不具备编码转座酶的功能C与Ac元件相似D内部有缺失（五）是非题 （正确的打“V”，错误的打：“X”）1、DNA 的复制方式有多种，通常是双向进行的，但滚动环式复制却是单向的。（）2、 所有核酸的复制过程中，新链的形成都必须遵循碱基配对的原则。（ ）3、双链 DNA 经过一次复制形成的子代 DNA 分子中，有些不含亲代核苷酸链。 （）4、原核细胞的每一个染色体只有一

48、个复制起点，而真核细胞的每一个染色体有许多个复制起点。（）5、在细胞中， DNA 链延长的速度随细胞的培养条件而改变。 （）6、 所有核酸合成时，新链的延长方向都是从5宀3。（）7、抑制 RNA 合成酶的抑制剂不影响 DNA 的合成。（ ）8、 在 Ecoli 细胞和真核细胞中都是由 DNA 聚合酶 I 切除 RNA 引物。（ ）9、缺失 DNA 聚合酶 I 的 E coli 突变株，可以正常地进行染色体复制和DNA 修复合成。（）10、DNA 重组修复可将 DNA 损伤部位彻底修复。 （）11、 大肠杆菌DNA聚合酶I是由Kornberg发现的，大肠杆菌 DNA的复制主要依靠这个酶的酶促聚合

49、 作用。（ ）12、 生物体中遗传信息的流动方向只能由DNARNA绝不能由 RNADNA （）13、 DNA复制时，先导链是连续合成，而后随链是不连续合成的。（）14、 DNA半不连续复制是指复制时一条链的合成方向是5宀3 ，而另一条链方向为 3宀5 。 （）15、 真核细胞的DNA聚合酶都不具有核酸外切酶的活性。（）16、细菌DNA复制是在起始阶段进行控制的，一旦复制开始，它即进行下去，直到整个复制子完成复制。（）17、 DNA聚合酶I能在 DNA链的3/端发生焦磷酸解。（）18、 DNA的5 t 3 合成意味着当在裸露 3 -OH的基团中添加dNTP时，除去无机焦磷酸 DNA链就 会伸长。

50、（ ）19、 大肠杆菌DNA聚合酶缺失3t 5校正外切核酸酶活性时会降低DNA合成的速率但不影响它的 可靠性。（ ）20、DNA 的复制需要 DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶。（ ）21 、复制叉上的单链结合蛋白通过覆盖碱基使DNA 的两条链分开，这样就避免了碱基配对。（）22、只要子链和亲本链中的一条或两条被甲基化，大肠杆菌中的错配校正系统就可以把它们区别开来，但如果两条链都没有甲基化则不行。 （ ）23、大肠杆菌、酵母和真核生物病毒DNA 的新一轮复制是在一个特定的位点起始的，这个位点由几个短的序列构成，可用于结合起始蛋白复合体。 （ ）24、DNA 修复机制有很多种，但所有这些机制都依赖

51、于二倍体染色体上两套遗传信息的存在。 （）25、 一般性重组需要交换的双方都有一长段同源DNA序列，而位点专一性重组仅需要短而转移的核苷酸序列，某些情况下，只需要交换双方的一方具有该序列即可。 （）26、 RecA蛋白同时具有位点专一的单链切割的活性和将单链从双螺旋DNA分子上解离的解旋酶的功能,后一功能依赖于ATP（）27、 一般性重组包括DNA片段的物理交换，该过程涉及DNA骨架上磷酸二酯键的断裂和重新形成。（）28、 RecA蛋白同时与单链、双链 DNA结合，因此它能催化它们之间的联会。（）29、基因转换（ gene conversion ）是真菌类偶然改变性别的方式；正常情况下，一次接

52、合产生等量的雄性和雌性孢子，但偶然也会出现1：3 或 3：1 的比例。（ ）30、 遗传重组中，处于异源双链区两侧的基因在形成重组DNA分子的拆分中可以发生交互，也可以不发生交互重组。 （）31、 Holliday中间体无论以何种方式进行拆分，都会在两条DNA分子上留下一段异源双链区。（）32、 转座要求供体和受体位点之间有同源性。（ ）33、 TnA家族的转座子通常转移三种基因：转座酶、拆分酶和氨苄抗性基因。（）（六）问答与计算1、 如何用实验证实在复制叉区域存在许多小片段（Okazaki 片段）?2、 组织培养产生的哺乳动物细胞系的细胞中，每个DNA长1.2m，这些细胞生长周期中的S期长达5小时，如果这种细胞 DNA延长的速度与E.coli相同，即16卩m/min，那么染色体复制时需要有多少复制 叉同时运转 ?3、 如果E.coli的DNA长度为1100卩m,复制一代大约需要 40分钟通过一个复制叉完成，求复制体 的链增长速度和 DNA 螺旋的旋转速度是多少 （以每分钟的转数表示 ）?4、怎样确定 DNA 复制是双向复制还是单向复制 ?5、解释 DNA 的半保留复制与半不连续复制